DE69801709T2 - Optical transmission system with dynamic compensation of the transmitted power - Google Patents
Optical transmission system with dynamic compensation of the transmitted powerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein optisches Übertragungssystem mit dynamischer Kompensation der übertragenen Leistung und insbesondere ein Übertragungssystem mit Wellenlängenmultiplexierung (Wavelength Division Multiplexing).The invention relates to an optical transmission system with dynamic compensation of the transmitted power and in particular to a transmission system with wavelength division multiplexing.
Die optischen Übertragungsleitungen transportieren heute in der Wellenlänge gemultiplexte Signale. Diese Signale werden über die gesamte Übertragung durch Verstärker mit optischen Fasern verstärkt.Today's optical transmission lines transport wavelength-multiplexed signals. These signals are amplified throughout the entire transmission by amplifiers with optical fibers.
Die gegenwärtige Entwicklung besteht immer mehr darin optische Lösungen ins Auge zu fassen, um es zusammen mit der Übertragung auf Übertragungsnetzen zu machen.The current development is increasingly to consider optical solutions to do it together with the transmission on transmission networks.
Bei einem Übertragungsnetz hat man außer den Übertragungsfunktionen Funktionen des Routings, der Konfiguration und der Neukonfiguration, um die Information zu einem gegebenen Ausgangspunkt bzw. Ausgabepunkt des Netzes zu leiten.In addition to the transmission functions, a transmission network has routing, configuration and reconfiguration functions to direct the information to a given starting point or output point of the network.
Wenn nun Übertragungen auf einem Netz ausgeführt werden, müssen aus Gründen des Platzbedarfs des Verkehrs oder anderem an geeigneten Stellen des Netzes Neukonfigurationen durchgeführt werden, die zu einer Änderung der Anzahl von Übertragungskanälen führen, die sich auf den optischen Übertragungsleitungen ausbreiten und die durch die Verstärker mit optischen Fasern über diese ganzen Leitungen verstärkt werden.Now, when transmissions are carried out on a network, for reasons of space requirements of the traffic or other reasons, reconfigurations must be carried out at appropriate points of the network, which lead to a change in the number of transmission channels propagated on the optical transmission lines and which are supported by the Amplifiers with optical fibers can be amplified over all these lines.
Die Verstärker mit optischen Fasern und insbesondere die Verstärker mit Fasern, die mit Erbium dotiert sind, werden auf den Leitungen für die optische Übertragung verwendet, weil sie für die Modulationsfrequenzen der in den Telekommunikationssystemen verwendeten Signale keine Nichtlinearität der Verstärkung in Abhängigkeit von der Leistung des Eingangssignals aufweisen.Optical fiber amplifiers, and in particular erbium-doped fiber amplifiers, are used on optical transmission lines because they do not exhibit nonlinearity of gain as a function of the input signal power for the modulation frequencies of the signals used in telecommunications systems.
Tatsächlich ist die Erholungszeit der Verstärkung in einem Verstärker mit einer mit Erbium dotierten Faser größer als 0,1 ms. Diese hohe Erholungszeit bewirkt für die auf dem Gebiet der Telekommunikation verwendeten Modulationsfrequenzen, die in der Größenordnung von 100 MHz bis 10 GHz liegen, eine Stabilisierung der Verstärkung, weil diese keine Zeit hat wieder anzusteigen, wenn das Signal von einem hohen Stand in einen niedrigen Stand übergeht.In fact, the gain recovery time in an amplifier with erbium-doped fiber is greater than 0.1 ms. This high recovery time results in a stabilization of the gain for the modulation frequencies used in the telecommunications field, which are in the order of 100 MHz to 10 GHz, because it does not have time to increase again when the signal changes from a high level to a low level.
Nun wurde festgestellt, dass wenn die Anzahl von am Eingang eines Verstärkers mit optischer Faser vorhandenen Übertragungskanäle geändert wird, dies eine Sättigung oder eine Entsättigung dieses Verstärkers hervorruft, die einen Ausgleichsvorgang mit sich bringt. Tatsächlich variiert die Verstärkung des Verstärkers vorübergehend und die Gesamtleistung des Ausgangssignals sinkt.It has now been found that when the number of transmission channels present at the input of an optical fiber amplifier is changed, this causes a saturation or desaturation of this amplifier, which entails a compensating process. In fact, the gain of the amplifier varies temporarily and the total power of the output signal decreases.
Dieses Phänomen stört, weil dies bedeutet, dass während einer sehr kurzen Zeit, typischerweise einige zehn Mikrosekunden, die Leistung der tatsächlich genutzten Kanäle verändert wird, was leider zu Übertragungsfehlern führen kann.This phenomenon is annoying because it means that during a very short time, typically a few tens of microseconds, the power of the channels actually used is changed, which unfortunately can lead to transmission errors.
Um dieses Problem zu lösen schlägt der Stand der Technik ein System vor, dessen Prinzipschaltbild in Fig. 1 dargestellt ist.To solve this problem, the state of the art proposes a system whose basic circuit diagram is shown in Fig. 1.
Das Endgerät T stellt einen Sender oder einen Routingknoten des Netzes dar und das Endgerät R stellt einen Empfänger oder einen weiteren Routingknoten des Netzes dar. Verstärker EDFA mit Fasern sind in den Verstärkern bzw. Repeatern (nachfolgend als Repeater bezeichnet) vorhanden, die über die ganze Leitung zwischen den Zugangs- oder Ausgangspunkten T und R angeordnet sind.The terminal T represents a transmitter or a routing node of the network and the terminal R represents a receiver or another routing node of the network. Amplifiers EDFA with fibers are present in the amplifiers or repeaters (hereinafter referred to as repeaters) that are arranged along the entire line between the access or output points T and R.
Dieses System führt eine Laserquelle L(λc) ein, die am Eingang der Leitung F angeordnet ist und deren Ausgangsleistung mittels ihres Stroms so geregelt wird, dass die Gesamtleistung des Nutzsignals und die Leistung des von diesem Laser ausgesendeten Signals konstant bleibt. Dafür wird in einem Regelkreis BA ein kleiner Teil der Gesamtleistung der Signale wiedergewonnen, um mittels des Detektors DP die Höhe der auf der Leitung übertragenen Gesamtleistung zu erfassen und auf den Strom des Lasers L rückzuwirken.This system introduces a laser source L(λc) which is arranged at the input of the line F and whose output power is regulated by means of its current so that the total power of the useful signal and the power of the signal emitted by this laser remain constant. For this purpose, a small part of the total power of the signals is recovered in a control circuit BA in order to record the level of the total power transmitted on the line by means of the detector DP and to react on the current of the laser L.
Der Laser L ist so gewählt, dass er eine Wellenlänge λc hat, die von der der Nutzkanäle λ1-λn verschieden ist.The laser L is chosen so that it has a wavelength λc that is different from that of the useful channels λ1-λn.
Wenn man beispielsweise über fünf Kanäle verfügt und aus Routinggründen drei dieser Kanäle unterdrückt werden, ruft so der Regelkreis des Lasers eine Erhöhung der Ausgangsleistung dieses letzteren hervor, so dass die Leistung der beiden restlichen Kanäle und die des Lasers derjenigen der fünf anfänglichen Kanäle entspricht.For example, if there are five channels and three of them are suppressed for routing reasons, the laser control loop causes the output power of the latter to be increased so that the power of the two remaining channels and that of the laser are equal to that of the five initial channels.
Diese Lösung hat den Nachteil ein zusätzliches Bauelement einzuführen, das eine Laserdiode und eine schnelle elektronische Rückführschleife ist, die eine Steuerschaltung für den Laser umfasst. Diese Lösung ist relativ komplex und teuer.This solution has the disadvantage of introducing an additional component, which is a laser diode and a fast electronic feedback loop that includes a control circuit for the laser. This solution is relatively complex and expensive.
Die vorliegende Erfindung gestattet diesen Nachteilen abzuhelfen und schlägt ein zuverlässiges und wenig komplexes System vor.The present invention makes it possible to remedy these disadvantages and proposes a reliable and less complex system.
Aus dem Artikel mit dem Titel "Wavelength conversion and switching of high speed data signals using semiconductor laser amplifiers", R. Schnabel et al., veröffentlicht in Electronics Letters, Bd. 29, Nr. 23, 11. November 1993, Stevenage, GB, ist außerdem an sich bekannt einen optischen Halbleiterverstärker stromaufwärts eines Verstärkers mit optischer Faser anzukoppeln. Dieser Artikel beschreibt jedoch kein Übertragungssystem sondern eine Versuchsanordnung zur Untersuchung der Leistungen von der verwendeten optischen Halbleiterverstärker als Wellenlängenwandler.From the article entitled "Wavelength conversion and switching of high speed data signals using semiconductor laser amplifiers", R. Schnabel et al., published in Electronics Letters, Vol. 29, No. 23, 11 November 1993, Stevenage, GB, it is also known to couple an optical semiconductor amplifier upstream of an amplifier with optical fiber. However, this article does not describe a transmission system but an experimental arrangement to investigate the performance of the optical semiconductor amplifier used as a wavelength converter.
Die vorliegende Erfindung hat ein optisches Übertragungssystem zum Gegenstand, das eine Übertragungsleitung umfasst, die wenigstens einen Verstärker mit optischer Faser und einen weiteren optischen Verstärker umfasst, der an den Eingang der Leitung gekoppelt ist, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der weitere optische Verstärker ein optischer Verstärker mit stabilisierter Verstärkung ist, der einen Lokaloszillator umfasst, der fähig ist eine Ausgleichshilfswelle auszusenden, deren Wellenlänge λloc im Verstärkungsband jedes Verstärkers mit optischer Faser der Leitung liegt.The present invention relates to an optical transmission system comprising a transmission line comprising at least one optical fiber amplifier and another optical amplifier coupled to the input of the line, characterized in that the other optical amplifier is a stabilized gain optical amplifier comprising a local oscillator capable of emitting an auxiliary compensating wave whose wavelength λloc lies in the gain band of each optical fiber amplifier of the line.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der optische Verstärker mit stabilisierter Verstärkung ein optischer Halbleiterverstärker, der einen Lichtwellenleiter umfasst, der an den Lokaloszillator gekoppelt ist, wobei der Oszillator wenigstens ein verteiltes Gitter mit einer Bragg-Wellenlänge gleich der für die Oszillation gewählten Wellenlänge λloc aufweist.According to another feature of the invention, the gain-stabilized optical amplifier is a semiconductor optical amplifier comprising an optical waveguide coupled to the local oscillator, the oscillator comprising at least one distributed grating having a Bragg wavelength equal to the wavelength λloc chosen for the oscillation.
Gemäß einem weiteren Merkmal ist der Verstärker mit stabilisierter Verstärkung ein Verstärker mit mit einer Seltenen Erde dotierter optischer Faser, wobei der Faser ein Pumpstrom zugeführt wird, um ein Verstärkungsmedium zu erhalten, wobei der Verstärker um dieses Medium herum einen Laserhohlraum mit der für die Oszillation gewählten Wellenlänge λloc umfasst.According to another feature, the gain-stabilized amplifier is a rare-earth-doped optical fiber amplifier, a pumping current being supplied to the fiber to obtain a gain medium, the amplifier comprising, around this medium, a laser cavity at the wavelength λloc chosen for oscillation.
Bei einer ersten Variante wird der Laserhohlraum durch zwei Bragg-Gitter erhalten, die um das Verstärkungsmedium herum angeordnet sind.In a first variant, the laser cavity is obtained by two Bragg gratings arranged around the gain medium.
Bei einer zweiten Variante ist der Hohlraum durch eine an den Verstärker mit Faser gekoppelte optische Schleife ausgeführt, die ein auf die für die Oszillation gewählte Wellenlänge λloc zentriertes Filter, gefolgt von einem Dämpfungsglied, umfasst.In a second variant, the cavity is formed by an optical loop coupled to the amplifier by fiber, comprising a filter centered on the wavelength λloc chosen for the oscillation, followed by an attenuator.
Gemäß einem weiteren Merkmal lässt sich die Erfindung auf den Transport von Diensteinformationen anwenden. Zu diesem Zweck weist das System Modulationsmittel zum Modulieren des dem Verstärker mit stabilisierter Verstärkung ausgehend von zu übertragender Dienstinformation zugeführten Stroms und Mittel zur Erfassung und Verarbeitung des Signals mit der modulierten lokalen Wellenlänge λloc auf.According to a further feature, the invention can be applied to the transport of service information. To this end, the system comprises modulation means for modulating the current supplied to the amplifier with stabilized gain from the service information to be transmitted and means for detecting and processing the signal with the modulated local wavelength λloc.
Gemäß einem weiteren Merkmal dieses optischen Übertragungssystems weist die Übertragungsleitung eine Vielzahl von optischen Verstärkern mit stabilisierter Verstärkung auf und es sind Modulationsmittel zum Modulieren des jedem Verstärker mit stabilisierter Verstärkung zugeführten Pumpstroms und Mittel zur Erfassung des Signals mit der lokalen Wellenlänge λloc und zur Verarbeitung dieses Signals vorgesehen.According to a further feature of this optical transmission system, the transmission line comprises a plurality of optical amplifiers with stabilized gain and modulation means for modulating the pump current supplied to each amplifier with stabilized gain and means for detecting the signal with the local wavelength λloc and for processing this signal.
Die vorliegende Erfindung wird beim Lesen der Beschreibung besser verstanden, die als Veranschaulichung und nicht als Einschränkung und im Hinblick auf die Zeichnungen gegeben ist, in welchen:The present invention will be better understood upon reading the description, which is given by way of illustration and not by way of limitation, and with reference to the drawings, in which:
Fig. 1 das Prinzipschaltbild eines Übertragungssystems gemäß dem Stand der Technik darstellt,Fig. 1 shows the basic circuit diagram of a transmission system according to the state of the art,
Fig. 2 das Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Übertragungssystems darstellt,Fig. 2 shows the basic circuit diagram of a transmission system according to the invention,
Fig. 3 die Leistungsverläufe am Eingang und am Ausgang des Systems darstellt,Fig. 3 shows the power curves at the input and output of the system,
Fig. 4 ein Schema einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt,Fig. 4 shows a diagram of a first embodiment of the invention,
Fig. 5 ein Schema einer zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt,Fig. 5 is a diagram of a second embodiment of the invention,
Fig. 6 das Schema einer Variante gemäß Fig. 5 darstellt,Fig. 6 shows the scheme of a variant according to Fig. 5,
Fig. 7 das Schema einer weiteren Variante gemäß der Erfindung darstellt,Fig. 7 shows the scheme of another variant according to the invention,
Fig. 8 das Schema eines Übertragungssystems gemäß einer besonderen Anwendung der Erfindung darstellt.Fig. 8 represents the scheme of a transmission system according to a particular application of the invention.
In der gesamten Beschreibung tragen die gleichen Elemente die gleichen Bezugszeichen.Throughout the description, the same elements bear the same reference numerals.
Ein erfindungsgemäßes Übertragungssystem ist durch das Schema in Fig. 2 dargestellt.A transmission system according to the invention is shown by the diagram in Fig. 2.
Dieses System weist einen optischen Verstärker OA mit stabilisierter Verstärkung auf, der hinter dem Sender T (oder hinter jedem Routingknoten, wenn T ein Routingknoten ist) angeordnet ist. Dieser Verstärker kann vorteilhafterweise den Verstärker mit optischer Faser ersetzen, der gewöhnlich an dieser Stelle angeordnet ist.This system comprises an optical amplifier OA with stabilized gain, placed behind the transmitter T (or behind each routing node if T is a routing node). This amplifier can advantageously replace the optical fiber amplifier usually placed at this point.
Dieser optische Verstärker OA mit stabilisierter Verstärkung wird so gewählt, dass er eine lokale Oszillation λloc mit einer Wellenlänge erzeugt, die von einer der Wellenlängen der Übertragungskanäle mit λ1-λn verschieden ist.This optical amplifier OA with stabilized gain is chosen to generate a local oscillation λloc with a wavelength different from one of the wavelengths of the transmission channels with λ1-λn.
Die Gesamtausgangsleistung des Verstärkers mit stabilisierter Verstärkung entspricht der Leistung der Signale der am Eingang angewendeten Kanäle, zu der sich die Leistung des Signals der Welle addiert, die durch den Laserhohlraum des Verstärkers OA erzeugt wird.The total output power of the amplifier with stabilized gain corresponds to the power of the signals of the channels applied to the input, to which is added the power of the signal of the wave generated by the laser cavity of the amplifier OA.
Es wird daran erinnert, dass ein optischer Verstärker mit stabilisierter Verstärkung ein Verstärker ist, bei welchem eine Rückwirkung derart erzeugt wird, dass ein Laserhohlraum um das Verstärkungsmedium herum angeordnet wird, damit im Inneren dieses Hohlraums eine Oszillation entsteht. Wenn im Inneren des Hohlraums eine Oszillation entsteht, steht man einer Laseroszillatorfunktion gegenüber. Die Laseroszillatorfunktion ist so, dass die Verstärkung des Hohlraums konstant bleibt, solange man sich unter der Schwelle dieses Lasers befindet.It is recalled that an optical amplifier with stabilized gain is an amplifier in which a feedback is generated by placing a laser cavity around the gain medium so that an oscillation is generated inside this cavity. If an oscillation is generated inside the cavity is created, one is faced with a laser oscillator function. The laser oscillator function is such that the gain of the cavity remains constant as long as one is below the threshold of this laser.
Das Schema von Fig. 3 gestattet den Vorgang der vom Verstärker OA erzeugte Kompensation über die Gesamtausgangsleistung darzustellen.The diagram in Fig. 3 allows to illustrate the process of compensation produced by the amplifier OA over the total output power.
Diese Figur stellt die Entwicklung der Ausgangsleistung PV des Nutzsignals und der Gesamtausgangsleistung PT in Abhängigkeit von der Eingangsleistung dar.This figure shows the evolution of the output power PV of the useful signal and the total output power PT as a function of the input power.
Wenn der Verstärker ein Verstärker mit stabilisierter Verstärkung ist, ist seine Verstärkung konstant. Die Leistung PV des Nutzsignals ändert sich linear in Abhängigkeit von der Verstärkung, folglich entspricht der Erhöhung der Eingangsleistung eine Erhöhung der Ausgangsleistung bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Schwelle des Lasers überschritten wird. Wenn die Schwelle überschritten wird, geht der Laser aus, es gibt keine Stabilisierung der Verstärkung mehr, der Verstärker sättigt (Punkt S in der Kurve).If the amplifier is a gain-stabilized amplifier, its gain is constant. The power PV of the useful signal varies linearly as a function of the gain, so an increase in the input power corresponds to an increase in the output power until the laser threshold is exceeded. When the threshold is exceeded, the laser goes out, there is no longer any gain stabilization, and the amplifier saturates (point S on the curve).
In dieser Kurve ist auch zu sehen, dass die Leistung PL des Lokaloszillators einer inversen Kurve folgt. Wenn man sich der Schwelle nähert fällt die Leistung des Lokaloszillatore bis auf Null.In this curve you can also see that the power PL of the local oscillator follows an inverse curve. When approaching the threshold the power of the local oscillator drops to zero.
Die Summe der beiden Leistungskurven entspricht der Kurve der Gesamtausgangsleistung PT des Verstärkers. Diese Leistung PT ist konstant, wie in dieser Figur zu sehen ist.The sum of the two power curves corresponds to the curve of the total output power PT of the amplifier. This power PT is constant, as can be seen in this figure.
Der Nutzungsbereicht dieses Bauelements wird unterhalb der Schwelle des Laserhohlraums gewählt, um eine Stabilisierung der Verstärkung haben zu können, wobei man jedoch nahe des Sättigungsbereichs bleibt.The operating range of this device is chosen below the threshold of the laser cavity in order to be able to have a stabilization of the gain while remaining close to the saturation region.
Wenn die Verstärkung stabilisiert ist, haben so die Leistungsänderungen des Eingangssignals keinen Einfluss auf die auf dieses Signal angewendete Verstärkung und die Ausgangsleistung ist konstant (Nutzsignal und lokale Oszillation).When the gain is stabilized, the power changes of the input signal have no influence on the gain applied to this signal and the output power is constant (useful signal and local oscillation).
Die Wellenlänge λloc des Laserhohlraums muss im Verstärkungsband der Verstärker der Übertragungsleitung liegen.The wavelength λloc of the laser cavity must be in the gain band of the transmission line amplifiers.
Damit sich die Gesamtleistung in der ganzen Verstärkungsleitung ausbreitet und diese Leistung über die gesamte Leitung konstant bleibt, muss sich tatsächlich das Nutzsignal gleichzeitig mit der Oszillation über die ganze Verstärkerkette ausbreiten.In order for the total power to spread throughout the entire amplification line and for this power to remain constant across the entire line, the useful signal must actually spread across the entire amplifier chain at the same time as the oscillation.
Andererseits muss sich diese Wellenlänge von den Wellenlängen der für die Signale verwendeten Übertragungskanäle unterscheiden. Dies kann erreicht werden, indem eine Wellenlänge gewählt wird, die sich am Rand des Bandes befindet (nämlich beispielsweise 1528 nm für ein Band, das typischerweise 1530-1560 nm oder vielleicht 1530-1562 nm hat).On the other hand, this wavelength must be different from the wavelengths of the transmission channels used for the signals. This can be achieved by choosing a wavelength that is at the edge of the band (namely, for example, 1528 nm for a band that is typically 1530-1560 nm or perhaps 1530-1562 nm).
Eine weitere Lösung besteht darin, bei der Maßnahme, bei der das Band ein "Loch" von mehreren nm aufweist, wobei eine oder mehrere Wellenlängen im Sendekamm nicht vorgesehen sind, eine Wellenlänge zu wählen, die in der Mitte dieses Bandes liegt.Another solution is to choose a wavelength that is in the middle of this band when the band has a "hole" of several nm, where one or more wavelengths are not provided for in the transmission comb.
Die Wellenlänge λloc wird entweder durch Gestaltung bei der Herstellung des Verstärkers oder durch Regelung definiert, je nach Art des verwendeten Verstärkers.The wavelength λloc is defined either by design during the manufacture of the amplifier or by control, depending on the type of amplifier used.
Der Verstärker OA mit stabilisierter Verstärkung kann gemäß einer ersten Ausführungsform mittels eines Halbleiterverstärkers und gemäß einer zweiten Form mittels eines Verstärkers mit optischer Faser ausgeführt sein. Diese beiden Ausführungsformen sind durch die schematischen Darstellungen dargestellt, die in Fig. 4 bis 7 dargestellt sind, die im folgenden der Beschreibung im einzelnen beschrieben werden.The amplifier OA with stabilized gain can be implemented according to a first embodiment by means of a semiconductor amplifier and according to a second form by means of an optical fiber amplifier. These two embodiments are represented by the schematic representations shown in Figs. 4 to 7, which are described in detail below.
Außer der Regelung der für den Lokaloszillator gewählten Wellenlänge wird auch eine Regelung der Leistung dieses Lokaloszillators vorgenommen, damit diese Leistung gegenüber derjenigen des Signals nicht zu hoch ist. Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen, eine "Grob"regelung, dann eine "Fein"regelung der Leistung vorzunehmen.In addition to adjusting the wavelength chosen for the local oscillator, the power of this local oscillator is also adjusted so that this power is not too high compared to that of the signal. To this end, it is proposed to perform a "coarse" adjustment, then a "fine" adjustment of the power.
Die erste "Grob"regelung wird vorgenommen, indem ein festes Dämpfungselement auf die Wellenlänge λloc gesetzt wird. Es wird beispielsweise im Falle von Verstärkern mit optischen Fasern ein Demultiplexer oder ein Filter auf der Wellenlänge λloc verwendet, um nur das Signal mit dieser Wellenlänge abzuschwächen. Diese Regelung erfolgt im Falle eines Halbleiterverstärkers, indem ein Element gewählt wird, das auf einer Seite mehr Reflexionsvermögen als auf der anderen Seite aufweist.The first "coarse" adjustment is made by setting a fixed attenuation element at the wavelength λloc. For example, in the case of optical fiber amplifiers, a demultiplexer or a filter at the wavelength λloc is used to attenuate only the signal at that wavelength. This adjustment is made in the case of a semiconductor amplifier by choosing an element that has more reflectivity on one side than on the other.
Die Feinregelung erfolgt dagegen, indem auf den Pumpstrom des Verstärkers mit stabilisierter Verstärkung oder auf die Pumpleistung eingewirkt wird, je nachdem, ob es sich um einen Halbleiterverstärker oder einen Verstärker mit Faser handelt.Fine control, on the other hand, is achieved by acting on the pump current of the amplifier with stabilized gain or on the pump power, depending on whether it is a semiconductor amplifier or a fiber amplifier.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wurde ein Halbleiterverstärker in Fig. 4 dargestellt und umfasst:According to one embodiment, a semiconductor amplifier is shown in Fig. 4 and comprises:
- zwei parallele Elektroden 1 und 6, die gestatten einen elektrischen Pumpstrom I zuzuführen,- two parallel electrodes 1 and 6, which allow an electric pumping current I to be supplied,
- ein Halbleitersubstrat 8, das aus einem ersten Halbleitermaterial vom n-Typ zwischen den Elektroden 1 und 6 besteht,- a semiconductor substrate 8 consisting of a first n-type semiconductor material between the electrodes 1 and 6,
- eine Isolierschicht 2, die aus dem gleichen ersten Material, aber mit einer P+-Dotierung besteht, die derjenigen des Substrates 8 entgegengesetzt ist,- an insulating layer 2 made of the same first material but with a P+ doping opposite to that of the substrate 8,
- einen Lichtwellenleiter 3, der auf seiner ganzen Länge aktiv ist und dessen Längsachse zu den Elektroden 1 und 6 parallel ist; der aus einem zweiten Halbleitermaterial besteht, dessen Zelle (maille) auf diejenige des ersten Material abgestimmt ist und das einen größeren Brechungsindex als das erste Material hat,- an optical waveguide 3 which is active along its entire length and whose longitudinal axis is parallel to the electrodes 1 and 6; which consists of a second semiconductor material whose cell (maille) is matched to that of the first material and which has a higher refractive index than the first material,
- ein verteiltes Gitter 4, das sich über den ganzen Leiter 3 erstreckt, das aus einer dünnen Schicht aus Halbleitermaterial mit einem höheren Brechungsindex als dem des Substrats 8 besteht und periodisch in einen Teil oder in die gesamte Dicke dieser Schicht geätzt ist;- a distributed grating 4 extending over the entire conductor 3, consisting of a thin layer of semiconductor material with a higher refractive index than that of the substrate 8 and periodically etched into part or all of the thickness of this layer;
- zwei das Substrat 8 begrenzende, entspiegelte, gespaltene Flächen 5 und 7 senkrecht zur Längsachse des Leiters 3.- two anti-reflective, split surfaces 5 and 7 delimiting the substrate 8 perpendicular to the longitudinal axis of the conductor 3.
Der Abstand des Gitters 4 wird derart gewählt, dass die Bragg-Wellenlänge dieses Gitters im Verstärkungsspektralbereich des Halbleitermaterials des aktiven Leiters 3 liegt.The spacing of the grating 4 is selected such that the Bragg wavelength of this grating lies in the gain spectral range of the semiconductor material of the active conductor 3.
Man findet eine ausführlichere Beschreibung eines solchen Verstärkers in der Patentanmeldung EP 0 639 876.A more detailed description of such an amplifier can be found in patent application EP 0 639 876.
Der Verstärker mit stabilisierter Verstärkung kann gemäß einer zweiten Ausführungsform durch einen Verstärker mit mit einer Seltenen Erde (aus Erbium) dotierter optischer Faser ausgeführt sein, wobei eine Pumpwelle in die Faser eingekoppelt wird, um das Verstärkungsmedium und einen Laserhohlraum zu erhalten, der um dieses Verstärkermedium herum entweder mittels einer optischen Schleife B (vgl. Fig. 7) erzeugt wird, oder indem beispielsweise auf die Faser geätzte Bragg-Gitter hinzugefügt werden (vgl. Fig. 5 und 6).The amplifier with stabilized gain can, according to a second embodiment, be implemented by an amplifier with an optical fiber doped with a rare earth (erbium), a pump wave being coupled into the fiber to obtain the gain medium and a laser cavity created around this gain medium either by means of an optical loop B (see Fig. 7) or by adding, for example, Bragg gratings etched onto the fiber (see Figs. 5 and 6).
Eine Ausführungsvariante von Fig. 5 ist in Fig. 6 dargestellt.A variant of Fig. 5 is shown in Fig. 6.
Fig. 5 stellt einen Verstärker mit Faser mit stabilisierter Verstärkung dar, die auf der Verwendung von Bragg-Gittern R basiert, die (beispielsweise) auf die optische Faser geätzt sind. Ein erstes Gitter ist am Eingang E des Verstärkers OA angeordnet. Das zweite Gitter ist auf einer Faser F' angeordnet, die durch einen optischen Koppler C an die Faser P gekoppelt ist. Ein Dämpfungsglied AT ist zwischen dem Koppler und dem Gitter R angeordnet, um die Verstärkung zu regeln, was eine Flexibilität für die Dynamik des Bauteils gibt. Diese Gitter R sind durch Gestaltung so gewählt, dass sie die Wellenlänge λloc haben.Fig. 5 represents a fiber amplifier with stabilized gain based on the use of Bragg gratings R etched (for example) on the optical fiber. A first grating is arranged at the input E of the amplifier OA. The second grating is arranged on a fiber F' coupled to the fiber P by an optical coupler C. An attenuator AT is arranged between the coupler and the grating R to regulate the gain, giving flexibility to the dynamics of the device. These gratings R are chosen by design to have the wavelength λloc.
Die Pumpe P ist durch einen optischen Koppler C optisch an die Faser gekoppelt.The pump P is optically coupled to the fiber by an optical coupler C.
Fig. 6 stellt eine zur in Fig. 5 dargestellten Ausführung äquivalente Variante dar, nach welcher ein Gitter R (λloc) auf der Übertragungsfaser F am Ausgang S des Verstärkungsmediums OA angeordnet ist. Das zweite Gitter R ist auf der Faser F' angeordnet, die am Eingang E des Verstärkungsmediums an die Faser F gekoppelt ist.Fig. 6 shows a variant equivalent to the embodiment shown in Fig. 5, according to which a grid R (λloc) on the transmission fiber F at the output S of the gain medium OA. The second grating R is arranged on the fiber F', which is coupled to the fiber F at the input E of the gain medium.
Fig. 7 stellt einen Verstärker mit Faser mit stabilisierter Verstärkung dar, der auf einer optischen Schleife B basiert, die durch Koppler C an die Faser F gekoppelt ist, der ein einstellbares Filter FI mit der Wellenlänge λloc, gefolgt von einem Dämpfungsglied AT aufweist, um das Leistungsniveau des Signals wieder eingekoppelten Signals mit der Wellenlänge λloc zu regeln.Fig. 7 represents a gain-stabilized fiber amplifier based on an optical loop B coupled to the fiber F by coupler C, comprising an adjustable filter FI of wavelength λloc followed by an attenuator AT to control the power level of the re-injected signal of wavelength λloc.
Gemäß einer besonderen Anwendung der Erfindung wird auf den Pumpstrom des Verstärkers mit stabilisierter Verstärkung eine Modulation angewendet, um eine Modulation der Welle mit der Wellenlänge des Lokaloszillators zu erzeugen.According to a particular application of the invention, a modulation is applied to the pump current of the gain-stabilized amplifier to produce a modulation of the wave at the wavelength of the local oscillator.
Eine solche Modulation kann zum Transportieren von beispielsweise Dienstinformationen von einem Sendeendgerät T zu einem Empfangsendgerät R oder von einem Übertragungsknoten zu einem anderen Übertragungsknoten verwendet werden.Such modulation can be used to transport, for example, service information from a transmitting terminal T to a receiving terminal R or from one transmission node to another transmission node.
Diese Modulation verursacht keine Störung des Nutzsignals, weil die Verstärkung des Verstärkers stabilisiert ist und sie folglich vom Steuerstrom des Verstärkers unabhängig ist. So ist der normale Betrieb des Verstärkers unverändert.This modulation does not cause any interference with the desired signal, because the amplifier gain is stabilized and it is therefore independent of the amplifier control current. This means that the normal operation of the amplifier remains unchanged.
Somit wird dafür ein Modulator M angebracht, der auf den Pumpstrom I des Verstärkers OA1 einwirkt, der am Eingang der Leitung angeordnet ist.Therefore, a modulator M is installed which acts on the pump current I of the amplifier OA1, which is arranged at the input of the line.
Ein Demultiplexer DM mit der Dienstwellenlänge (des Lokaloszillators des Verstärkers OA) wird vor dem folgenden Leitungsverstärker eingefügt. Der folgende Leitungsverstärker ist ein optischer Verstärker, der an einem Ausgangspunkt der Leitung angeordnet ist: entweder vor dem Empfangsendgerät R oder entlang der ganzen Leitung vor jedem Leitungsverstärker OA2, usw. ..., wie es durch Fig. 8 dargestellt ist.A demultiplexer DM with the service wavelength (of the local oscillator of the amplifier OA) is inserted before the following line amplifier. The following line amplifier is an optical amplifier placed at an exit point of the line: either before the receiving terminal R or along the whole line before each line amplifier OA2, etc. ... as shown by Fig. 8.
Dafür empfiehlt es sich jedoch die Verstärker mit Faser der Leitung durch optische Verstärker mit stabilisierter Verstärker zu ersetzen.However, it is recommended to replace the fiber optic amplifiers of the line with optical amplifiers with stabilized amplifiers.
Dem Demultiplexer DM folgt eine Einrichtung, die die Erfassung des Signals λloc und die Versarbeitung des Signals durchführt, um:The demultiplexer DM is followed by a device that carries out the acquisition of the signal λloc and the processing of the signal in order to:
- die Qualität der Leitung zwischen zwei Verstärkern zu überwachen;- to monitor the quality of the line between two amplifiers;
- die Dienstinformationen zu verarbeiten und neue Informationen über die Qualität der Leitung bezüglich der stromaufwärtigen Verbindung hinzuzufügen;- process the service information and add new information on the quality of the line relating to the upstream connection;
- dem Pumpstrom des folgenden Verstärkers mit neuen Informationen zu modulieren.- to modulate the pump current of the following amplifier with new information.
Am Ausgang der Leitung ist die Erfassungs- und Verarbeitungseinrichtung T beispielsweise an eine Vorrichtung A zur Analyse von Informationen gekoppelt, die bei dieser Wellenlänge λloc transportiert werden. Die Erfassungs- und Verarbeitungs- und Analyseeinrichtungen sind Einrichtungen, die häufig für solche Verarbeitungen verwendet werden.At the output of the line, the acquisition and processing device T is coupled, for example, to a device A for analyzing information transported at this wavelength λloc. The acquisition and processing and analysis devices are devices that are frequently used for such processing.
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